IBS 나노의학 연구단, 나노-자기 유전학 기술 적용한 파킨슨병 치료법 개발
나노-자기 유전학 기반 DBS(뇌심부자극술) 사진=ibs 제공
연구 세부내용과 효과
이번 연구에서 천진우 단장이 이끄는 연구팀은 나노-자기 유전학 기술을 DBS에 적용하는 방법을 고안하였습니다. 이 기술은 자기장을 이용하여 뇌의 특정 신경세포를 무선으로 활성화하고, 뇌 기능을 제어하는 것이 가능하게 하는 기술입니다.
연구팀은 뇌 심부에 자성을 띠는 나노 크기의 입자를 주입하였습니다. 이 자성나노입자는 특정 자기장에 반응하여 약 2 pN(피코 뉴턴) 크기의 힘을 발생시킵니다. 이후, 자기 유전학 장치를 이용해 자기장 자극을 주면, 자성나노입자가 특정 신경세포 표면에 부착되어 피에조-1(Piezo-1) 이온 채널을 개방하게 하여 신경세포의 활성화를 유도합니다.
자기 유전학 기술을 이용한 치료 과정
이 기술을 운동 장애를 가진 파킨슨 쥐에 적용해 보았더니 놀라운 결과를 얻었습니다. 자기장 자극을 주었더니 뇌의 특정 영역인 시상하핵(Subthalamic Nucleus, STN) 신경세포가 10배 이상 활성화되었으며, 균형감각과 운동성이 약 2배 이상 향상되어 정상에 가까운 운동 능력을 보여주었습니다.
더욱 놀라운 것은, 2주간 매일 반복해서 자극을 받은 파킨슨 쥐는 자극을 중단한 24시간 후에도 회복된 운동 능력이 약 35퍼센트 유지되었다는 사실입니다. 이는 기존의 방법과는 달리, 나노-자기 유전학 기반 DBS는 치료 효과가 지속됨을 확인한 것입니다.
파킨슨 쥐의 운동 능력 향상
천진우 단장은 “나노-자기 유전학을 활용하면 기존 DBS 방식보다 비침습적이고 정밀하게 신경세포를 자극하여 파킨슨병 증상을 완화하는 치료가 가능함을 보여주었다”라며 “파킨슨병뿐 아니라 뇌전증, 알츠하이머병 등 다양한 신경 질환 연구 및 치료에 활용될 것으로 기대한다”라고 전하였습니다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters, IF 12.262)'에 1월 10일 게재되었으며, 파킨슨병 환자들에게 새로운 희망을 제공하며, 뇌 질환 치료법의 새로운 패러다임을 제시하게 될 것으로 기대됩니다.
1) 피코 뉴턴(pico-newton) : 피코(pico)는 10-12을 나타내는 접두어로서, 피코 뉴턴은 1뉴턴(1N)의 1조분의 1에 해당하는 힘
2) 피에조-1: 약 1-5 pN 세기의 힘에 감응하여 열림으로써 세포 내부 이온 농도를 조절하는 막 단백질
3) 시상하핵(Subthalamic Nucleus, STN): 대뇌반구와 중뇌 사이에 위치한 핵으로, 운동 제어와 기타 뇌 기능에서 중요한 역할을 하는 부분